(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に対向して設置されるべきターゲット取付用バッキングプレートと、前記バッキングプレートの被処理基板側とは反対側に設置された磁石とを有し、前記ターゲットが前記バッキングプレートに取り付けられた際、この磁石によってターゲット表面に磁場を形成することによりターゲット表面にプラズマを閉じ込めるマグネトロンスパッタ装置であって、
前記磁石は、複数の板磁石が柱状回転軸に設けられた回転磁石群と、回転磁石群の周辺にターゲット面と平行に設置されかつターゲット面と垂直方向に磁化した固定外周板磁石とを含み、
前記回転磁石群を前記柱状回転軸とともに回転させることにより、前記ターゲット表面に、閉じたプラズマ領域が形成され、当該プラズマ領域が前記柱状回転軸の回転と共に、前記柱状回転軸の軸方向に時間と共に動くように構成したことを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】
被処理基板に対向して設置されるべきターゲット取付用バッキングプレートと、前記バッキングプレートの被処理基板側とは反対側に設置された磁石とを有し、前記ターゲットが前記バッキングプレートに取り付けられた際、この磁石によってターゲット表面に磁場を形成することによりターゲット表面にプラズマを閉じ込めるマグネトロンスパッタ装置であって、
前記磁石は、複数の板磁石が柱状回転軸に設けられた回転磁石群と、回転磁石群の周辺にターゲット面と平行に設置されかつターゲット面と垂直方向に磁化した固定外周板磁石とを含み、
前記回転磁石群を前記柱状回転軸とともに回転させることにより、前記ターゲット表面の磁場パターンが時間と共に動くように構成し、
更に、前記回転磁石群は、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合う板磁石同士が互いに異なる磁極を有するように、かつ前記柱状回転軸の軸方向に垂直な面の外周において隣り合う板磁石が互いに異なる磁極となる部分を有するように、前記柱状回転軸の外周に複数の板磁石を設置して構成され、
前記固定外周板磁石は、ターゲット側にN極又はS極のいずれか一方の磁極を形成していることを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】
前記回転磁石群は、前記柱状回転軸の外周に板磁石をリング状に設置しかつ該リングを前記柱状回転軸の軸方向に複数設けることにより構成され、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合うリング同士が互いに異なる磁極を有するように、かつ前記柱状回転軸の径方向角度が変化するに従い各リングにおける板磁石の前記柱状回転軸の軸方向における位置が変化するように構成され、
前記固定外周板磁石はターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造を成し、かつターゲット側にN極又はS極の磁極を形成していることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項４】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に、前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項６】
前記固定外周板磁石から前記ターゲットの外側に向かう磁束が前記固定外周板磁石から前記ターゲットの内側に向かう磁束よりも弱まるような手段を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項７】
前記手段は、前記固定外周板磁石の表面のうち、前記ターゲット側からみて外側の側面と前記ターゲット側の面の一部とを連続して覆うように設けられた常磁性体部材を含むことを特徴とする請求項６に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項８】
前記手段は、前記固定外周板磁石の表面のうち前記ターゲット側の表面が前記ターゲットの内側に向かって突き出るように前記固定外周板磁石を構成することを含むことを特徴とする請求項６または７に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項９】
前記マグネトロンスパッタ装置はさらに、前記ターゲットの端部を覆うように前記バッキングプレートから離隔してかつ前記回転磁石群に対して反対側に設けられ電気的に接地される遮蔽部材を具備し、前記遮蔽部材は前記柱状回転軸の軸方向と同じ方向に延在して前記ターゲットを前記被処理基板に対して開口するスリットを構成し、該スリットの幅および長さを、前記回転磁石群を一定周波数で回転させた時の、ターゲット表面に形成される磁場のうちターゲット面と平行な成分の磁場強度の時間平均分布において、最大値の７５％以上である領域を、被処理基板からみて開口するような幅および長さに設定したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１０】
前記マグネトロンスパッタ装置はさらに、前記ターゲットが前記バッキングプレートに取り付けられた際、前記ターゲットの端部を覆うように前記バッキングプレートから離隔してかつ前記回転磁石群に対して反対側に設けられ電気的に接地される遮蔽部材を具備し、前記遮蔽部材は前記柱状回転軸の軸方向と同じ方向に延在してその間に前記ターゲットを前記被処理基板に対して開口するスリットを構成し、該スリットの幅および長さを、被処理基板を固定しかつ前記回転磁石群を一定周波数で回転させた時に、前記ターゲットの端部が遮蔽されない場合に被処理基板に単位時間に成膜される最大膜厚の８０％以下である領域を遮蔽するように設定したことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１１】
前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び回転磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１２】
前記回転磁石群は、前記柱状回転軸に板磁石をリング状に貼り付けて複数のリング状板磁石群が形成されており、柱状回転軸の軸方向に隣り合う前記リング状板磁石群同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極であるＮ極とＳ極を形成しているリング状板磁石群であり、前記柱状回転軸の径方向角度が変化するに従い各リング状板磁石群の軸方向の位置が連続的に同じ変位量で変化し、これによって、前記柱状回転軸の回転と共に、前記閉じたプラズマ領域が前記柱状回転軸の軸方向に時間と共に動くことを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１３】
前記リング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が１８０度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに１８０度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、前記固定外周板磁石はターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造をなし、かつ前記ターゲット側にＮ極又はＳ極の磁極を形成していることを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１４】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１５】
前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１６】
前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び回転板磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１７】
前記リング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が１８０度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに１８０度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、
前記固定外周板磁石は前記ターゲット側からみて前記回転磁石群の片側に隣接して前記ターゲット表面側にＮ極又はＳ極の磁極を形成して設置された１つ目の板磁石と、ターゲット側から見て前記リング状回転磁石群と前記１つ目の板磁石とを囲んだ構造を成し、かつ前記ターゲット側に前記１つ目の板磁石とは反対の磁極をもつ板磁石が設置されていることを特徴とする請求項１２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１８】
前記リング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が１８０度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに１８０度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、前記固定外周板磁石は前記ターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造をなし、かつ前記ターゲット側にＮ極又はＳ極の磁極を形成していることを特徴とする請求項１７に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項１９】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２０】
前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２１】
前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び回転磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２２】
前記回転磁石群と、前記固定外周板磁石とが、ターゲット表面と垂直方向に可動することを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２３】
前記回転磁石群と、前記固定外周板磁石とが、ターゲット材とターゲット材が貼り付けられているバッキングプレート及びバッキングプレート周辺から連続して設置された壁面により囲まれた空間内に設置され、前記空間が減圧可能であることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２４】
前記柱状回転軸の軸方向に交わる方向に前記被処理基板を相対的に移動させる手段を有することを特徴とする請求項１から２３のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置を、前記柱状回転軸の軸方向に平行に複数備え、前記柱状回転軸の軸方向に交わる方向に前記被処理基板を相対的に移動させる手段を有することを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項に記載のマグネトロンスパッタ装置を用いて、前記柱状回転軸を回転と共に、閉じたプラズマ領域が前記柱状回転軸の軸方向に時間と共に動くことによって、被処理基板に前記ターゲットの材料を成膜することを特徴とするスパッタ方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載のスパッタ方法を用いて被処理基板にスパッタ成膜する工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示基板や半導体基板等の被処理体に所定の表面処理を施すための処理装置であるマグネトロンスパッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子やIC等の半導体素子などの製造において、その基板上に金属あるいは絶縁物などの薄膜を形成する薄膜形成工程は必要不可欠なものである。これらの工程では薄膜形成用の原材料をターゲットとして、直流高電圧あるいは高周波電力によりアルゴンガス等をプラズマ化し、そのプラズマ化ガスによりターゲットを活性化して融解し飛散させ、被処理基板に被着させるスパッタ装置による成膜方法が用いられている。【０００３】
スパッタ成膜法においては、成膜速度を高速化するために、ターゲットの裏側に磁石を配置し、ターゲット表面に磁力線を平行に走らせることにより、ターゲット表面にプラズマを閉じ込め、高密度なプラズマを得るマグネトロンスパッタ装置による成膜法が主流となっている。【０００４】
図１０はこのような従来技術によるマグネトロンスパッタ装置の主要部構成を説明するための図であり、１０１はターゲット、１０２は薄膜を形成する基板、１０３は複数のマグネット、１０４は磁力線、１０５はターゲット１０１が融解剥離する領域すなわちエロージョン領域である。【０００５】
図１０に示すように、ターゲット１０１の裏側に複数の磁石１０３をそれぞれのN極とS極の向きを所定の方向に配置し、ターゲット１０１と基板１０２との間に高周波電力（RF電力）１０６あるいは直流高圧電力１０７を印加してターゲット１０１上にプラズマを励起する。【０００６】
一方、ターゲット１０１の背面に設置した複数の磁石１０３において、隣接するN極からS極に向かって磁力線１０４が発生する。ターゲット表面において垂直磁場（ターゲット表面と垂直な磁力線成分）がゼロの位置において、局所的に水平磁場（ターゲット表面と平行な磁力線成分）が最大となる。水平磁場成分が多い領域では、電子がターゲット表面近傍に補足され密度の高いプラズマが形成されるため、この位置を中心としてエロージョン領域１０５が形成される。【０００７】
エロージョン領域１０５は他の領域に比べて高密度のプラズマに晒されるため、ターゲット１０１の消耗が激しくなる。成膜を続けることでこの領域においてターゲット材料が無くなると、ターゲット全体を交換しなくてはならなくなる。結果として、ターゲット１０１の利用効率が悪くなってしまい、さらにターゲット１０１と対向して設置された被処理基板１０２の薄膜の膜厚についても、エロージョン領域１０５に対向する位置の膜厚が厚くなり、被処理基板全体の膜厚均一性が劣化するという性質を持つ。【０００８】
そこで、磁場を発生させるマグネットを棒磁石とし、この棒磁石を移動もしくは回転させることでエロージョン領域を時間的に移動させ、時間平均で実質的にターゲットの局所的消耗を無くし、さらには被処理基板の膜厚の均一性を向上させる手法が従来提案されている（特許文献１〜３参照）。【０００９】
これらの手法においては、棒磁石はN極とS極がその直径方向の対向表面にその長手方向と平行に同磁極の各配列を有するか、もしくはその直径方向の対向表面にその長手方向に関して螺旋状の同時極の各配列を有している。さらに、移動もしくは回転する棒磁石の周りには、エロージョン領域がターゲット内で閉じた回路を形成するために、固定した棒磁石を配置している。この固定した棒磁石は、N極とS極がその直径方向の対向表面にその長手方向と平行に同磁極の各配列を有している。【００１０】
【特許文献１】特開平５−１４８６４２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９８６７号公報
【特許文献３】特許第３５６６３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来手法においては、被処理基板への成膜速度を上げるために、瞬時瞬時のエロージョン密度を上げる、すなわちエロージョン領域が全体のターゲット領域に対して大きな割合にしようとすると、棒磁石の強度を増強し、さらにコンパクトにした棒磁石同士を近づける必要がある。しかし、このような構成を採用すると、磁石同士の反発力もしくは吸引力により磁石や固定する棒が歪んでしまったり、あるいはその力に対抗して移動や回転を行うことが困難になるという問題点があった。【００１２】
また、周辺に固定した棒磁石と隣接する回転磁石が回転するに従い、回転磁石と周辺に固定した棒磁石との磁極が同一になる位相がどうしても生じてしまい、その際に閉じたエロージョンが形成されないという問題点があった。【００１３】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的の一つは、ターゲット上での瞬時瞬時のエロージョン密度を上昇させて成膜速度を向上させるようにしたマグネトロンスパッタ装置を提供することにある。【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、エロージョン領域を時間的に移動させてターゲットの局所的磨耗を防いで均一な消耗を実現することによりターゲットを長寿命化するようにしたマグネトロンスパッタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明では、被成膜基板と被成膜基板に対向して設置されたターゲットと、ターゲットの被処理基板とは反対側に設置された磁石とを有し、この磁石によってターゲット表面に磁場を形成することによりターゲット表面にプラズマを閉じ込めるマグネトロンスパッタ装置であって、前記磁石は、複数の板磁石が柱状回転軸に設けられた回転磁石群と、回転磁石群の周辺にターゲット面と平行に設置されかつターゲット面と垂直方向に磁化した固定外周板磁石とを含み、前記回転磁石群を前記柱状回転軸とともに回転させることにより、前記ターゲット表面の磁場パターンが時間と共に動くように構成したことを特徴とする。【００１６】
ここで、前記回転磁石群は、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合う板磁石同士が互いに異なる磁極を有するように、かつ前記柱状回転軸の軸方向に垂直な面の外周において隣り合う板磁石が互いに異なる磁極となる部分を有するように、前記柱状回転軸の外周に複数の板磁石を設置して構成され、前記固定外周板磁石は、ターゲット側にN極又はS極のいずれか一方の磁極を形成していることによって特徴付けられる。【００１７】
また、前記回転磁石群は、前記柱状回転軸に板磁石を螺旋状に設置することにより複数の螺旋を形成し、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合う螺旋同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極であるN極とS極を形成している螺旋状板磁石群であり、前記固定外周板磁石はターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造を成し、かつターゲット側にN極又はS極の磁極を形成していることによっても特徴付けられる。【００１８】
更に、前記回転磁石群は、前記柱状回転軸の外周に板磁石をリング状に設置しかつ該リングを前記柱状回転軸の軸方向に複数設けることにより構成され、前記柱状回転軸の軸方向に隣り合うリング同士が互いに異なる磁極を有するように、かつ前記柱状回転軸の径方向角度が変化するに従い各リングにおける板磁石の前記柱状回転軸の軸方向における位置が変化するように構成され、前記固定外周板磁石はターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造を成し、かつターゲット側にN極又はS極の磁極を形成していることによって特徴付けられる。【００１９】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることが好ましい。【００２０】
前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に、前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていても良い。【００２１】
前記固定外周板磁石から前記ターゲットの外側に向かう磁束が前記固定外周板磁石から前記ターゲットの内側に向かう磁束よりも弱まるような手段を設けられても良い。【００２２】
上記した手段は、前記固定外周板磁石の表面のうち、前記ターゲット側からみて外側の側面と前記ターゲット側の面の一部とを連続して覆うように設けられた常磁性体部材を含んでいることが好ましい。【００２３】
また、上記した手段は、前記固定外周板磁石の表面のうち前記ターゲット側の表面が前記ターゲットの内側に向かって突き出るように前記固定外周板磁石を構成することを含んでいても良い。【００２４】
前記マグネトロンスパッタ装置はさらに、前記ターゲットの端部を覆うように前記ターゲットから離隔してかつ前記螺旋状板磁石群に対して反対側に設けられ電気的に接地される遮蔽部材を具備し、前記遮蔽部材は前記柱状回転軸の軸方向と同じ方向に延在して前記ターゲットを前記被処理基板に対して開口するスリットを構成し、該スリットの幅および長さを、前記板磁石群を一定周波数で回転させた時の、ターゲット表面に形成される磁場のうちターゲット面と平行な成分の磁場強度の時間平均分布において、最大値の７５％以上である領域を、被処理基板からみて開口するような幅および長さに設定したことを特徴としている。【００２５】
また、前記マグネトロンスパッタ装置はさらに、前記ターゲットの端部を覆うように前記ターゲットから離隔してかつ前記螺旋状板磁石群に対して反対側に設けられ電気的に接地される遮蔽部材を具備し、前記遮蔽部材は前記柱状回転軸の軸方向と同じ方向に延在してその間に前記ターゲットを前記被処理基板に対して開口するスリットを構成し、該スリットの幅および長さを、被処理基板を固定しかつ前記板磁石群を一定周波数で回転させた時に、前記ターゲットの端部が遮蔽されない場合に被処理基板に単位時間に成膜される最大膜厚の８０％以下である領域を遮蔽するように設定したことを特徴とする。【００２６】
前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び板磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていることを特徴としている。【００２７】
前記回転磁石群は、前記柱状回転軸に板磁石をリング状に貼り付けて複数のリング状板磁石群が形成されており、柱状回転軸の軸方向に隣り合う前記リング状板磁石群同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極であるN極とS極を形成しているリング状板磁石群であり、前記柱状回転軸の径方向角度が変化するに従い各リング状板磁石群の軸方向の位置が連続的に同じ変位量で変化することが好ましい。【００２８】
前記リング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が180度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに180度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、前記固定外周板磁石はターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造をなし、かつ前記ターゲット側にN極又はS極の磁極を形成していることを特徴としている。【００２９】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることが好ましい。【００３０】
前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていることが好ましい。【００３１】
更に、前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び回転板磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていることを特徴としている。【００３２】
上記したリング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が180度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに180度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、前記固定外周板磁石は前記ターゲット側からみて前記回転磁石群の片側に隣接して前記ターゲット表面側にN極又はS極の磁極を形成して設置された１つ目の板磁石と、ターゲット側から見て前記リング状回転磁石群と前記１つ目の板磁石とを囲んだ構造を成し、かつ前記ターゲット側に前記１つ目の板磁石とは反対の磁極をもつ板磁石が設置されていることが好ましい。【００３３】
上記したリング状板磁石群は、前記柱状回転軸の径方向角度が180度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに180度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、前記固定外周板磁石は前記ターゲット側からみて前記回転磁石群を囲んだ構造をなし、かつ前記ターゲット側にN極又はS極の磁極を形成していても良い。【００３４】
前記柱状回転軸の少なくとも一部が常磁性体であることが望ましい。【００３５】
また、前記固定外周板磁石の前記ターゲットとは反対側の面に前記固定外周板磁石と隣接して固定外周常磁性体が設置されていることを特徴とする。【００３６】
前記固定外周常磁性体の一部が連続して壁面を構成し、前記柱状回転軸及び回転板磁石群を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなし、さらに前記柱状回転軸に隣接する部分まで延長され、磁性流体を介して前記柱状回転軸の磁性体部分に隣接し、前記回転磁石群と前記固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路が形成されていても良い。【００３７】
前記柱状回転軸と、柱状回転軸に貼り付けてある前記回転磁石群と、前記固定外周板磁石とが、ターゲット表面と垂直方向に可動する構成を有していても良い。【００３８】
前記柱状回転軸と、柱状回転軸に貼り付けてある前記回転磁石群と、前記固定外周板磁石とが、ターゲット材とターゲット材が貼り付けられているバッキングプレート及びバッキングプレート周辺から連続して設置された壁面により囲まれた空間内に設置され、前記空間が減圧可能である構成を有していても良い。【００３９】
前記柱状回転軸の軸方向に交わる方向に前記被処理基板を相対的に移動させる手段を有していても良い。【００４０】
上記したマグネトロンスパッタ装置を前記柱状回転軸の軸方向に平行に複数設け、前記柱状回転軸の軸方向に交わる方向に前記被処理基板を相対的に移動させる手段を設けるようにしても良い。【００４１】
本発明によれば、上記したマグネトロンスパッタ装置を用いて、前記柱状回転軸を回転させつつ被処理基板に前記ターゲットの材料を成膜することを特徴とするスパッタ方法が得られる。【００４２】
更に、本発明によれば、上記したスパッタ方法を用いて被処理基板にスパッタ成膜する工程を含むことを特徴とする電子装置（半導体装置またはフラットディスプレイ装置、その他の電子装置を言う）の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、成膜速度を向上させると共に、ターゲットの局所的磨耗を防いで均一な消耗を実現することによりターゲットを長寿命化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のマグネトロンスパッタ装置断面図である。
【図２】柱状回転軸、複数の磁石群、板磁石及び常磁性体について、その鳥瞰図とターゲット側から矢視した図である。
【図３】エロージョン領域を示す図である。
【図４】本発明の第８の実施形態における往復移動型成膜装置を示す図である。
【図５】水平磁場強度の柱状回転軸材料の比透磁率依存性を示す図である。
【図６】（１）磁気回路形成無し、（２）固定外周板磁石の下に常磁性体設置（比透磁率１００）、（３）固定外周板磁石の下の常磁性体と柱状回転軸との間に磁気回路形成の場合の規格化水平磁場強度を示す図である。
【図７】回転板磁石のうち、柱状回転軸の径方向外側の磁極がS極、すなわち固定外周板磁石のターゲット側の磁極と等しい磁石のみ、軸方向の長さを短くした場合のエロージョンパターンを示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における磁石配置を示す図である。
【図９】本発明第４の実施形態における磁石配置を示す図である。
【図１０】従来のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態における装置断面図である。
【図１２】水平磁場強度の磁石間隔依存性を示す図である。
【図１３】水平磁場強度の固定外周磁石幅依存性を示す図である。
【図１４】水平磁場強度の固定外周板磁石のターゲット側の面からの垂直方向距離依存性を示す図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態における磁石配置を示す図である。
【図１６】螺旋状板磁石と固定外周磁石の図である。
【図１７】ターゲット表面におけるプラズマ写真を模した図である。
【図１８】長時間放電後のターゲットの消耗状態の写真を模した図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態における磁石配置を示す図である。
【図２０】ターゲット表面に対向して３０ｍｍ離れた位置にシリコン基板を設置した場合の、柱状回転軸の軸に垂直な方向の成膜レート分布を示す図である。
【図２１】ターゲット表面における、水平磁場分布の等高線図である。
【図２２】アンテナMOSキャパシターの歩留まりのアンテナ比依存性を示す図である。
【図２３】櫛上アンテナMOSキャパシターの歩留まりを示す図である。
【図２４】ラングミュアプローブで測定したプラズマの電子温度・電子密度・プラズマ電位の圧力依存性を示す図である。
【図２５】本発明の第９の実施形態における磁石配置を示す図である。
【図２６】本発明の第９のもう一つの実施形態における磁石配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ターゲット
２  柱状回転軸
３  螺旋状板磁石群
４  固定外周板磁石
５  外周常磁性体
６  バッキングプレート
７  ハウジング
８  通路
９  絶縁材
１０  被処理基板
１１  処理室内空間
１２  フィーダ線
１３  カバー
１４  外壁
１５  常磁性体
１６  グランドプレート
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。【００４７】
(第1の実施の形態)
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明をする。【００４８】
図１は本発明によるマグネット回転スパッタ装置の第１の実施の形態の構成を説明する断面図である。【００４９】
図１において、１はターゲット、２は柱状回転軸、３は回転軸２の表面に螺旋状に配置した複数の螺旋状板磁石群、４は外周に配置した固定外周板磁石、５は固定外周板磁石４にターゲットとは反対側に対向して配置した外周常磁性体、６はターゲット１が接着されているバッキングプレート、１５は柱状回転軸２及び螺旋状板磁石群３を、前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなす常磁性体、８は冷媒を通す通路、９は絶縁材、１０は被処理基板、１１は処理室内空間、１２はフィーダ線、１３は処理室と電気的に接続されたカバー、１４は処理室を形成する外壁、１６は外壁１４に接続されたグランドプレート、１７は耐プラズマ性に優れた絶縁材である。【００５０】
フィーダ線１２には、DC電源18、RF電源19、及び整合器20が接続されている。このDC電源18およびRF電源19により、整合器20を介し、さらに、フィーダ12線及びハウジングを介してバッキングプレート6及びターゲット1へプラズマ励起電力が供給され、ターゲット表面にプラズマが励起される。DC電力のみ若しくはRF電力のみでもプラズマの励起は可能であるが、膜質制御性や成膜速度制御性から、両方印加することが望ましい。また、RF電力の周波数は、通常数１００kHzから数１００MHzの間から選ばれるが、プラズマの高密度低電子温度化という点から高い周波数が望ましい。本実施の形態では１００MHｚとした。グランドプレート１６はRF電力に対するグランド板であり、このグランド板があると、被処理基板が電気的浮遊状態にあっても効率良くプラズマが励起可能となる。常磁性体１５は、磁石で発生した磁界の磁気シールドの効果及びターゲット近辺での外乱による磁場の変動を減少する効果を持つ。【００５１】
より詳細に磁石部分を説明するために、柱状回転軸２、複数の磁石群３、板磁石４、常磁性体５について、その鳥瞰図とターゲット１及びバッキングプレート６の側から覗き見た状態の平面図とを図２に示す。【００５２】
柱状回転軸２の材質としては通常のステンレス鋼等でも良いが、磁気抵抗の低い常磁性体、例えば、Ni-Fe系高透磁率合金等で一部または全てを構成することが望ましい。本実施の形態においては、Ni-Fe系高透磁率合金で柱状回転軸２が構成されている。柱状回転軸２は、図示しないギアユニットおよびモータにより回転させることが可能となっている。【００５３】
柱状回転軸２はその断面が正八角形となっており、一辺の長さは30mmとした。それぞれの面に菱形の板磁石３が多数取り付けられている。この柱状回転軸２は外周に磁石を取り付ける構造であり、太くすることも容易であり磁石にかかる磁力による曲がりには強い構造となっている。板磁石３は強い磁界を安定して発生させるために、残留磁束密度、保磁力、エネルギー積の高い磁石が望ましく、例えば残留磁束密度が1.1T程度のSm-Co系焼結磁石、さらには残留磁束密度が1.3T程度あるNd-Fe-B系焼結磁石等が好適である。本実施の形態においては、Nd -Fe-B系焼結磁石を使用した。板磁石３はその板面の垂直方向に磁化されており、柱状回転軸２に螺旋状に貼り付けて複数の螺旋を形成し、柱状回転軸の軸方向に隣り合う螺旋同士が前記柱状回転軸の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわちN極とS極を形成している。【００５４】
固定外周板磁石４は、ターゲット２から見ると前記回転磁石群を囲んだ構造をなし、ターゲット２の側がS極となるように磁化されている。幅は12mm、厚さは10mmとした。固定外周板磁石４についても、板磁石３と同様の理由でNd -Fe-B系焼結磁石を用いている。【００５５】
次に、図３を用いて本実施の形態におけるエロージョン形成についてその詳細を説明する。【００５６】
上述のように、柱状回転軸２に多数の板磁石３を螺旋状に配置した場合、ターゲット側から板磁石３を見ると、近似的に板磁石のN極の周りを板磁石３のS極が囲んでいる配置となる。図３(a)はその概念図である。このような構成の下、板磁石３のN極から発生した磁力線は周辺のS極へ終端する。この結果として、板磁石面からある程度離れたターゲット面においては閉じたエロージョン領域３０１が多数形成される。さらに、柱状回転軸２を回転させることで、多数のエロージョン領域３０１は回転と共に動く。図３(a)においては、矢印の示す方向へエロージョン領域３０１が動くこととなる。なお、回転磁石群３の端部においては、端部の一方からエロージョン領域３０１が順次発生し、他方の端部で順次消滅する。【００５７】
図３(b)は、本実施の形態の実構造による固定外周板磁石４の表面から21mm離れたターゲット表面のエロージョン領域３０１を示したものであり、多数のエロージョン領域３０１が形成されていることが分かった。同時に、エロージョン領域３０１の水平磁場すなわちターゲット面と平行な磁場強度は、310ガウスであり、プラズマを閉じ込めるには十分の強度が得られていることが分かった。【００５８】
ここで、図１２及び図１３を用いて、エロージョン領域３０１の水平磁場強度分布について説明する。図１２は、板磁石群３の磁石の柱状回転軸２の軸方向長さは固定して、となり合う螺旋同士の間隔（磁石間隔）を変えたときの、ターゲット面におけるエロージョン領域３０１の水平磁場強度を表している。回転軸方向と回転軸方向とは垂直の回転方向について示している。回転軸方向に着目すると、磁石間隔が20mm程度で最大強度で310ガウス程度となっている。磁石間隔が短いと磁石間で発生している磁力線が漏れてこないため強い磁場強度が得られず、また離れすぎると磁力線が空間的に拡散するため、ある値で最適値を持つことが分かる。【００５９】
また、図１３より、固定外周板磁石４の幅を変化させることで回転軸方向の水平磁場強度はほとんど影響されずに回転方向の水平磁場強度のみ調節できることが分かった。これにより、板磁石群３および固定外周板磁石４のサイズや間隔を調節することで、エロージョン領域３０１のどの位置でも等しい水平磁場が得られることが分かった。【００６０】
次に、図１４に固定外周板磁石４のターゲット側の面から、ターゲット面までの垂直方向距離と水平磁場強度の関係を示す。このグラフより、ターゲット面を固定外周磁石４に近づけることでさらに強い磁場が得られることが分かった。【００６１】
なお、本実施の形態では、柱状回転軸２の断面を正八角形としてそれぞれの面に板磁石を貼り付けているが、より滑らかな螺旋形状を実現するために、その断面をさらに数の多い正多角形にして細かな板磁石を貼り付けたたり、螺旋を形成する隣り合う板磁石同士を近づけるために、板磁石の断面を長方形でなく回転軸径方向で外側の辺が大きい台形にしたりしても良い。【００６２】
次に、図５を用いて、柱状回転軸２を常磁性体へ変えたことの効果を説明する。【００６３】
図５はエロージョン領域３０１の水平磁場強度の、柱状回転軸２の比透磁率依存性である。比透磁率が１の場合で規格化している。図５より、柱状回転軸２の比透磁率が上昇するにつれて水平磁場強度も増加することが分かり、特に比透磁率が１００以上であれば６０％程度の磁場強度増強が得られた。これは螺旋を形成している板磁石の回転柱状軸側の磁気抵抗を下げ、効率よくターゲット側へ磁力線を発生させることができたためである。これにより、プラズマを励起したときの閉じ込め効果が向上し、プラズマの電子温度が下がり被処理基板へのダメージを低減するとともに、プラズマ密度が上昇することで成膜速度を向上させることが可能となった。【００６４】
さらに、図６に示すように、固定外周常磁性体を設置した場合には設置しない場合に比べて水平磁場強度が約１０％増強し、さらに固定外周常磁性体の一部を柱状回転軸２に隣接する部分まで延長し、磁性流体を介して柱状回転軸２の磁性体部分に隣接させ、回転磁石群と固定外周板磁石との間に磁気抵抗の低い磁気回路を形成した場合については水平磁場強度が約３０％増強し、成膜性能が向上することが分かった。【００６５】
(第２の実施の形態)
本発明の第２の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。【００６６】
図７は、本実施の形態における回転磁石の配置であり、第１の実施の形態に比べ、回転磁石のうち、柱状回転軸２の径方向外側の磁極がS極、すなわち固定外周板磁石のターゲット側の磁極と等しい磁石のみ、軸方向の長さを短くしている。このことにより、柱状回転軸２のN極磁石から発生した磁力線は柱状回転軸上の板磁石のS極より、固定磁石S極の方へ終端する割合が多くなるため、エロージョン領域７０１同士が図に示すように繋がることが分かった。このようにエロージョン領域７０１が同時に繋がることで、電子がドリフトにより各エロージョン領域７０１を自由に行き来する。この結果、個々のエロージョン領域７０１同士でプラズマ密度が不均一になることがなく、均一性の良い成膜が可能となる。なお、このようにエロージョン領域７０１同士を繋げることは、S極磁石の残留磁束密度を下げることや、回転板磁石同士の距離を調節することでも実現可能である。【００６７】
(第３の実施の形態)
本発明の第３の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。【００６８】
図８(a)は、柱状回転軸２および柱状回転軸２に取り付けた板磁石、および固定外周板磁石の配置を示した図である。柱状回転軸２に取り付けた板磁石群３は、板磁石をリング状に貼り付けて複数のリング状板磁石群が形成されており、柱状回転軸２の軸方向に隣り合うリング状板磁石群同士が柱状回転軸２の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわちN極とS極を形成している。このような構成の下、柱状回転軸２の径方向角度が変化するに従い各リング状板磁石群の軸方向の位置が連続的に変化している。この変化の割合は、よりなめらかであることが望ましい。【００６９】
図８(b)は柱状回転軸２の表面を、貼り付けた板磁石とともに展開した図である。図から分かるとおり、リング状板磁石群は、柱状回転軸の径方向角度が180度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに180度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成されている。【００７０】
また、図８(a)に示すとおり、固定外周板磁石は前記ターゲット表面からみて回転磁石群の片側に隣接して前記ターゲット表面側にN極の磁極を形成して設置された１つ目の板磁石と、リング状回転磁石群と１つ目の板磁石とを囲んだ構造を成し、かつターゲット表面側に前記１つ目の板磁石とは反対のS極の磁極をもつ板磁石が設置されている。【００７１】
本構造によれば、エロージョン領域８０１が単一の一つのループになり、エロージョン領域を巡回するドリフト電子の効果でエロージョン領域内において均一なプラズマを形成することが可能となる。また、柱状回転軸２を回転させることで、図中二点鎖線８０２で示す柱状回転部のリング状板磁石群とその周辺の固定磁石が形成する波状のエロージョンエリアは回転と共に軸方向に往復運動を行う。これにより、ターゲットの局所的消耗を防ぐことが可能となり、さらにエロージョン領域８０１が波型となるためにエロージョン面積のターゲット面積に対する割合が増加し、速い成膜速度が実現される。【００７２】
(第４の実施の形態)
本発明の第４の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。【００７３】
図９(a)は、柱状回転軸２および柱状回転軸２に取り付けた板磁石、および固定外周板磁石の配置を示した図である。柱状回転軸２に取り付けた板磁石群３は、板磁石をリング状に貼り付けて複数のリング状板磁石群が形成されており、柱状回転軸の軸方向に隣り合うリング状板磁石群同士が柱状回転軸２の径方向外側に互いに異なる磁極、すなわち、N極とS極を形成しており、柱状回転軸２の径方向角度が変化するに従い各リング状板磁石群の軸方向の位置が連続的に変化している。【００７４】
図９(b)は柱状回転軸の表面を、貼り付けた板磁石とともに展開した図である。図から分かるとおり、リング状板磁石群は、柱状回転軸２の径方向角度が180度変化したときに隣接するリング状板磁石の軸方向位置に変化し、さらに180度変化したときに元の軸方向位置に戻るように形成され、固定外周板磁石はターゲット表面からみて回転磁石群を囲んだ構造をなし、かつターゲット表面側にS極の磁極を形成している。【００７５】
本構造によれば、各エロージョン領域９０１は回転磁石の回転とともに軸方向に往復運動を行い、ターゲットを均一に消耗させる。また、螺旋状の配置と異なり、回転磁石端部でのエロージョン領域９０１の生成および消滅が無いため、プラズマインピーダンスの変動が少なくなり電力の安定供給も可能になる。また、リング状板磁石群の片方の磁極を、例えば、第2実施の形態と類似させて、S極磁石の軸方向幅をN極磁石に比べて小さくしたり、磁石間隔を調整することでエロージョン領域同士を接触させてプラズマの均一化を図ることが可能であることは言うまでもない。【００７６】
(第５の実施の形態)
本発明の第５の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。【００７７】
図１１は本発明によるマグネット回転スパッタ装置の第５の実施の形態の構成を説明する断面図である。【００７８】
図１１において、３は柱状回転軸２の表面に螺旋状に配置した複数の螺旋状板磁石群、４は外周に配置した固定外周板磁石、５は固定外周板磁石４にターゲットとは反対側に対向して配置した外周常磁性体、１５は柱状回転軸２及び螺旋状板磁石群３を前記ターゲット側以外の部分について覆う構造をなす常磁性体、１８はDC電源、１９はRF電源、２０は整合器、２１はバッキングプレート周辺から連続して設置された壁面、２２は壁面２０とバッキングプレートで囲まれた空間、２３はシールリング、である。【００７９】
シールリング２３が設置してあるため、図示しない排気ポンプにより空間２２は減圧にすることが可能である。柱状回転軸２を回転させるギアユニット及びモータは、減圧空間内に設置しても、軸シールを設けることで大気側から駆動しても良い。本構造により、処理室内と空間２２との圧力差が少なくなり、バッキングプレート１１６を薄くすることが可能となる。すなわち、ターゲット１１１を厚くすることが可能となり、ターゲット交換頻度が少なくなり生産性が向上する。【００８０】
ターゲット材が消耗すると、ターゲット表面は磁石と近づくことになる。図１４からも分かるとおり、磁石に近づき磁場強度が上昇し、プラズマ密度が上がり成膜レートも上昇する。本実施の形態においては、柱状回転軸２と、固定外周板磁石４と、螺旋状板磁石群３と、外周常磁性体５、常磁性体１５は、図示しないリニアガイドによって、ターゲット表面とは垂直方向に同時に可動となっている（図中太線の部分）。よって、ターゲットの消耗に合わせて消耗した分だけバッキングプレートから距離を離すことで、均一に消耗したターゲット表面には常に同じ磁場強度が形成される。このことから、ターゲットが消耗しても、初期と同じ成膜速度が実現し、常に安定した成膜結果を得ることができる。【００８１】
(第６の実施の形態)
本発明の第６の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。本実施の形態は、図１に示す構造における問題点の改善を図るものである。すなわち、本発明者等は、図１に示す構造を採用した場合、固定外周磁石４からの磁束がターゲット１の内側部分だけでなくターゲットの外側にもほぼ等しい強度で流れ出して、ターゲットの外側にもプラズマを発生させること、このプラズマはスパッタに寄与しない余分なエネルギを消費するものであるばかりか、ターゲット外の部材を浸食するという問題があるとの知見を得た。これを防止するため、図１５に示す実施の態様では固定外周磁石の形状とそれを覆う固定外周常磁性体の構成に工夫を加えている。【００８２】
以下、図１５を参照して本発明の第６の実施の形態を説明すると、外径７４ｍｍ、内径５８ｍｍ、すなわち肉厚８ｍｍのNi-Fe系高透磁率合金で柱状中空回転軸１５０２を用い、その外周に２ｍｍ埋め込むように厚さ１２ｍｍの螺旋状板磁石１５０３を、図１６に示すように形成した。なお、図１６には固定外周磁石１５０４も図示されている。螺旋部分の軸方向長さは３０７ｍｍである。柱状回転軸１５０２を中空構造にすることで、軽量化が図られている。また、図１５に示すように、固定外周板磁石１５０４はターゲット１５０１側を１１ｍｍ、ターゲットと反対側を８ｍｍ、高さ１５ｍｍの台形構造としている。さらに固定外周板磁石１５０４の、ターゲット１５０１とは反対側の面と、ターゲット側からみて外側の側面と、ターゲット側の面の外側から７．３ｍｍ内側の領域に、連続した固定外周常磁性体１５０５が前記固定外周磁石１５０４と隣接して設置されていることを特徴としている。このことにより、固定外周磁石１５０４からの磁束はターゲットの外側に行くのが抑制されて、ターゲット面１５０１にのみ効率よく水平磁場を形成することが可能となり、ターゲット面にのみ高効率でプラズマを励起できるようになった。このときのターゲット表面におけるプラズマの時間変化の写真を図１７に示す。プラズマ励起条件は、アルゴンガスを毎分１０００ｃｃ導入し、１３．５６MHｚのRF電力を８００W投入した。柱状回転軸は１Hzで回転させた。図１７の左側の写真（上から下に時間的に変化する様子を示す）からわかるように、回転軸の左端から安定してプラズマループ１７０１（エロージョンループ）が生成され、回転とともに移動して、図１７の右側の写真（上から下に時間的に変化する様子を示す）からわかるように、回転軸の右端から安定して消滅している。また図１８に長時間放電後のターゲットの消耗状態を写真で示す。図から、ターゲット表面が局所的ではなく、均一に消耗していることが分かる。また、ラングミュアプローブで測定したプラズマの電子温度・電子密度・プラズマ電位の圧力依存性を図２４に示す。アルゴンガスのプラズマであり、RFパワーは８００W、ターゲット表面より４０ｍｍ離れた位置において測定した。DCパワー非印加時、および４００W印加時について示している。図より、特に圧力が２０ｍTorr程度以上であれば、電子温度が２eV以下となり非常に電子温度の低いプラズマが生成されていることが分かった。電気的浮遊状態にある被処理基板に照射されるイオンの照射エネルギーは、kTe/2×ln(0.43×mi/me) で与えられる。ここで、kはボルツマン定数、Teは電子温度、miはプラズマイオンの質量、meは電子の質量である。アルゴンガスの場合、電子温度が1.9eV以下であれば、イオン照射エネルギーが１０eV以下となり、成膜初期時における下地基板へのダメージを極力抑えることが可能である。よって成膜初期は高い圧力領域で成膜を始めることが好ましい。【００８３】
(第７の実施の形態)
本発明の第７の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。本実施例においては、図１９に示すように、ターゲット１５０１の、前記螺旋状板磁石群１５０３の反対側すなわち被処理基板が設置される側の面に、螺旋状板磁石群の軸方向と同じ方向に対向して伸びて開口している電気的に接地された部材１９０１がターゲット１５０１の端部を覆いかつターゲット１５０１から隔離するように処理室壁１９０２に接続して設けられ、ターゲット１５０１を開口するスリット１９０３を形成している。すなわち、グランドプレート１９０１によりスリットが形成されている。スリット１９０３の幅１９０４および長さが、被処理基板を固定して、かつ螺旋状板磁石群を一定周波数で回転させた時に、スリットが無い場合に被処理基板に単位時間に成膜される最大膜厚の８０％以下である領域を遮蔽するように設定されている。本実施例において、ターゲット材質は純アルミニウムである。図２０を用いてより詳細に説明する。図２０は、ターゲット表面に対向して３０ｍｍ離れた位置にシリコン基板を設置した場合の、柱状回転軸の軸に垂直な方向の成膜レート分布である。前記スリット幅１９０４が１１４ｍｍと６０ｍｍの場合について示しており、中央の最大成膜レートで規格化している。スリット１９０３を形成するグランドプレート１９０１はターゲット表面から２６ｍｍ離れた位置に厚さ２ｍｍのステンレス板で形成している。ターゲット幅は１０２ｍｍであるため、スリット幅１１４ｍｍの場合は実質的に飛散したターゲット粒子はスリット板で遮断されることなくシリコン基板へ到達して成膜される。一方、スリット幅６０ｍｍの場合、最大成膜レートの８０％以下部分を遮蔽することになる。また、図２１に、ターゲット表面における、水平磁場分布の等高線図を示す。これは柱状回転軸がある位相の場合であるが、実質的に全ての位相について時間平均を取ると、最大平均水平磁場強度は３９２Gであり、スリット幅を６０ｍｍとすることで、被成膜基板からみて、最大平均水平磁場強度の７５％である２９５G以下の領域を遮蔽することとなる。スリット幅を６０ｍｍとすることで、被処理基板に成膜される際、プラズマに照射されると同時に、速やかにアルミニウム原子が成膜されて金属膜となるため、被処理基板の帯電を防ぐことが可能である。このことより、チャージアップダメージを回避することが可能である。図２２と図２３を用いてより詳細に説明する。図２２は、アンテナ比を１０から１００万まで変化させたアンテナMOSキャパシター（酸化膜厚４nm）が搭載された２００ｍｍ径ウェーハ上にアルミニウムを成膜した際の歩留まりのアンテナ比依存性を示している。アンテナ比とは、MOSキャパシターのゲート電極（アンテナ電極）の面積とゲート面積の比であり、アンテナ電極が大きいほど、よりプラズマの電荷を集めるため、ゲート絶縁膜に過剰な電界がかかりリーク電流の増加や絶縁破壊を起こす。シリコン基板はターゲット表面より３０ｍｍ離れた位置に設置され、スリットの長手方向と垂直方向に基板を毎秒１ｃｍでウェーハの全ての領域にスリット開口部の下を通過するように１往復運動をさせた。１往復し��ことより、ウェーハの全領域で２回スリット開口部を通過することになる。成膜条件は、圧力８０ｍTorr、RFパワー１０００W、DCパワー１０００Wである。図から分かるように、スリット幅が１１４ｍｍの場合にはアンテナ比が１０万からチャージアップダメージが入り歩留まりが劣化しているのに対し、スリット幅を６０ｍｍとすることで、アンテナ比１００万までダメージが発生していないことが分かった。次に、図２３にアンテナ比が１万であり、アンテナ形状が櫛状になっているアンテナMOSに同様の成膜を行い歩留まりを調べた結果を示す。櫛のライン幅が０．２um、０．４umにおいて、ライン：スペースの比率を１：１、１：２、１：３と変化させている。櫛状アンテナにおいても、スリット幅１１４ｍｍの場合は全ての条件においてチャージアップダメージが発生して歩留まりが８０％前後になっているのに対し、スリット幅６０ｍｍの場合は全くダメージが発生していないことが分かった。【００８４】
(第８の実施の形態)
本発明の第８の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。本発明による回転マグネットスパッタ装置は、図４に示すように、往復移動型成膜装置として使用した場合に特に好適である。【００８５】
図４において、４０１は処理室、４０２はゲートバルブ、４０３は被処理基板、４０４は第７の実施例に示した回転マグネットプラズマ励起部である。ただし、第７の実施例では螺旋部分の軸方向長さは３０７ｍｍであったが、本実施例においては、２．７ｍとなっている。プラズマ励起電力の周波数は１３．５６MHｚとした。プラズマの高密度化・低電子温度化という観点からは高い周波数、例えば１００MHｚ程度にすることが望ましいが、プラズマ励起部が２．７ｍ程度あり、一方１００MHｚの波長は３ｍである。このように励起部が波長と同程度になると、定在波が励起され、プラズマが不均一になる恐れがある。周波数が１３．５６MHｚであれば波長が２２．１ｍであるからプラズマ励起部の長さは波長に比べて十分短く、プラズマが定在波の影響で不均一になることは無い。本実施の形態では、回転マグネットプラズマ励起部４０４を４本使用している。このことにより、実質的な成膜レートを上げることが可能となる。励起部の本数は４本に限定されるものではない。被処理基板４０３は２．２ｍ×２．５ｍのガラス基板であり、本実施例においては縦方向を２．５ｍとして設置し、基板が回転マグネットプラズマ励起部の柱状回転軸に対して垂直方向に往復運動して被処理基板上に実質的に均一に成膜することが可能となっている。均一に成膜するためには、被処理基板４０３を往復運動せずに一方向に通過するように設定しても良いし、回転マグネットプラズマ励起部４０４を移動させる方法を使用しても良い。本実施例においては、被処理基板を往復運動させることで、連続的に基板の一部を回転マグネットプラズマ励起部により励起されたプラズマ領域へ晒し、均一に薄膜を成膜することが可能となる。回転マグネットの回転速度は、一回転する時間を基板の通過時間に比べて早くすることで、瞬時瞬時のエロージョンパターンに影響されない均一な成膜が可能となる。典型的には、基板の通過速度は６０秒／枚、回転マグネットの回転速度は１０Hzである。なお、本実施例においては被処理基板を往復運動させたが、１本もしくは複数本の回転マグネットプラズマ励起部を一度のみ通過させて成膜する、通過成膜型装置として装置を構成することも可能である。【００８６】
(第９の実施の形態)
本発明の第９の実施の形態を、以下の図面を参照して詳細に説明をする。なお、前述の実施の形態と重複する部分は、便宜上説明を省略する。本発明による回転マグネットスパッタ装置を図２５に示す。柱状回転軸、回転磁石群および固定外周板磁石は実施例７と同じ寸法・構造をしている。被処理基板２５０２は、２００ｍｍ径の半導体ウェーハであり、ターゲット表面に対向して設置される回転運動が可能なステージの上に設置される。柱状回転軸を回転させ、ターゲット表面に時間平均で均一なプラズマを生成すると同時に、前記ステージを回転させることで、ウェーハ２５０２上に成膜を行った。スリット開口部２５０１は、ウェーハ中心付近のスリット幅を狭めると、よりウェーハ上に均一な成膜が可能となる。また、図２６に示すように、スリット開口部２６０１は長方形とし、被処理基板２６０２の中心を、前記スリット開口部の中心からずらすことにより、成膜分布の均一化を図ることも可能である。【００８７】
以上、本発明を実施の形態によって説明したが、磁石寸法、基板寸法等は実施例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、半導体ウェハ等に絶縁膜或いは導電性膜を形成するために使用できるだけでなく、フラットディスプレイ装置のガラス等の基板に対して種々の被膜を形成するのにも適用でき、記憶装置やその他の電子装置の製造においてスパッタ成膜のために使用することができる。
【図１】
0005147000.tif 000002
【図２】
0005147000.tif 000003
【図３】
0005147000.tif 000004
【図４】
0005147000.tif 000005
【図５】
0005147000.tif 000006
【図６】
0005147000.tif 000007
【図７】
0005147000.tif 000008
【図８】
0005147000.tif 000009
【図９】
0005147000.tif 000010
【図１０】
0005147000.tif 000011
【図１１】
0005147000.tif 000012
【図１２】
0005147000.tif 000013
【図１３】
0005147000.tif 000014
【図１４】
0005147000.tif 000015
【図１５】
0005147000.tif 000016
【図１６】
0005147000.tif 000017
【図１７】
0005147000.tif 000018
【図１８】
0005147000.tif 000019
【図１９】
0005147000.tif 000020
【図２０】
0005147000.tif 000021
【図２１】
0005147000.tif 000022
【図２２】
0005147000.tif 000023
【図２３】
0005147000.tif 000024
【図２４】
0005147000.tif 000025
【図２５】
0005147000.tif 000026
【図２６】
0005147000.tif 000027